太原市办公室抗震设计结构设计 65页

'太原市办公室抗震设计结构设计1建筑设计1.1工程概况工程名称：太原市某办公楼；工程规模：主体6层；结构类型：钢筋混凝土框架结构；工程环境：本工程位于太原市；建筑等级：二级；土壤性质及情况：室外地面至地面以下8m范围内为轻亚粘土层，属一类场地土；设计使用年限：50年；结构重要性系数：1.0；抗震设防烈度为8度；耐火等级为二级；地下水位：按室外地坪以下4m考虑，地下水无侵蚀性；土壤冻结深度：0.8m；地基承载力特征值：fak=160kPa；底层层高为3.9m，其它层均为3.6m，女儿墙高1.0m。建筑物总高度为22.9m；室内外高差为0.45m，无地下室。1.2原始设计资料太原市自然条件及气候条件：年平均温度14.2℃65 最热月平均气温31.6℃最高气温40.6℃最冷月平均气温-4.1℃最低气温-22.6℃土壤冻结最大深度24cm年平均降雨量869.9cm日最大降雨量213.0cm相对湿度平均71%（冬季61%，夏季70%）夏季主导风向南风基本风压值0.4KN/m2基本雪压0.35KN/m2室外冬季设计温度-15℃抗震设防烈度8度建筑等级二级设计使用年限50年框架安全等级Ⅱ级结构重要性系数1.01.3工程要求该工程为二级建筑等级，一类场地，耐火等级为二级，抗震设防烈度为八度，地震加速度0.1g。主体结构采用全现浇钢筋混凝土框架结构，梁、柱、板均为现浇，混凝土强度等级主要采用C30、C35,钢筋主要采用HPB235级和HRB400级钢筋；本建筑场地较为平整，地质条件较为简单，所以采用全框架结构及柱下独立基础。基础采用柱下独立基础。65 1.4建筑设计说明建筑设计要达到以下的一系列要求：（1）满足建筑物的功能要求，为人们的生产和生活活动创造良好的环境；（2）正确选用建筑材料，根据建筑空间结合的特点，效果；（4）建筑物是社会的物质和文化财富，它在满足使用要求的同时，还需要满足人们对建筑物在美观方面的要求，考虑建筑物所赋予人们在精神上的感受。（5）建筑物还要满足总体规划的要求，任何一个单体建筑都是存在于一个总体的规划之中，哪怕单体再漂亮、美观，而与周围的环境不协调、同意，我们都可以说这是一个失败的建筑物。在进行建筑设计时，综合考虑了基地环境，使用功能，结构选型，施工材料，设备和建筑艺术等问题，合理安排了建筑内部各种使用功能和使用空间，并使建筑与周围外部环境相协调。将房间按使用的性质分类，分为主要使用部分，次要使用部分和交通联系部分。从而来合理地布置各个房间，同时在不影响安全保卫工作的基础上使其内外联系方便。本设计在每层各布置两个厕所，紧靠楼梯，使用方便。由于对于采光通风要求较高，所以开了较大的窗子；另外，建筑中作为垂直交通的联系手段，常有楼梯、电梯、坡道等形式。本设计中，建筑为六层，故采用了楼梯作为垂直交通手段。同时考虑到建筑的防火要求，所以在建筑两侧各布置一个防火楼梯。1．5建筑细部做法1）屋面做法：(刚性防水保温屋面)（1）30mm厚C20细石混凝土（2）二毡三油防水层（3）煤渣混凝土找坡层2%（4）20mm厚1：3水泥砂浆找平层65 （5）150厚水泥蛭石保温层（6）120mm厚钢筋混凝土板（7）V型轻钢龙骨吊顶2）楼面做法：（1）瓷砖地面（包括水泥粗砂打）（2）120mm厚钢筋混凝土楼板（3）V型轻钢龙骨吊顶3)地面做法（1）15mm厚1:2厚水泥白石子磨光打（2）20mm厚1:3水泥沙浆找平层（3）60mm厚C10混泥土随捣随抹（4）100mm厚碎石或碎砖夯实（5）素土夯实4）外墙面做法：（1）贴瓷砖（2）外墙300厚使用粘土空心砖；（3）20厚内、外墙抹灰，外墙使用水泥砂浆，内墙使用混合砂浆；（4）20mm厚∶3水泥砂浆打底（5）外墙刷涂料；5）内墙面做法：（1）刷内墙涂料（2）20m厚1：3石灰膏砂浆打底6）踢脚做法：65 （1）8-10mm厚地砖素水泥擦缝（2）5mm厚1∶1水泥细砂结合层（3）12mm厚1∶3水泥砂浆打底7）墙基防潮：20mm厚1∶2水泥砂浆掺5%避水浆，位置一般在-0.45标高处8）台阶做法：（1）花岗石条石规格厚度和宽度，按台阶设计要求，长度1000~1500表面剁平（2）30mm厚1：3水泥砂浆结合层（3）素水泥浆一道（4）100mm厚C15号现捣钢筋混凝土φ6双面钢筋中距150（厚度不包括踏步三角部分），台阶面向外坡2%（5）150mm厚碎石或碎砖垫层（6）素土夯实（坡度按工程设计）9)坡道做法（水泥防滑坡道）：（1）20mm厚1:2水泥砂浆抹面（2）素水泥浆一道（3）80mm厚C15混凝土（4）200mm厚碎石灌M2.5混合砂浆（5）素土夯实10）女儿墙：（1）6mm厚水泥砂浆罩面（2）12mm厚水泥砂浆打底（3）200mm厚蒸压粉煤灰砖（4）20mm厚水泥砂浆找平65 11）门窗：木门、铝合金窗12）卫生间做法：4-厚马赛克，素水泥浆擦缝3-4厚水泥胶合层20厚1：3水泥砂浆找平层素水泥浆结合层一道80厚钢筋混凝土楼板13）楼梯：楼梯扶手为油漆蜡克罩面；楼梯栏杆为不锈钢套管；木门油一底二度栗色调和漆。所有铁件油防锈漆一度、银粉漆二度。深入墙内木料为热柏油防腐。14)基础采用柱下独立基础，基础采用C35混凝土，有垫层，垫层厚度120mm，垫层混凝土标号为C30。基础具体尺寸与做法详见基础设计2结构设计2.1设计资料工程名称：太原市某办公楼工程规模：主体6层结构类型：框架结构工程环境：本工程位于太原市抗震设防烈度：8度，65 建筑等级：二级场地土：一类设计使用年限：50年框架安全等级：二级结构重要性系数：1.02.2设计依据：《建筑结构荷载规范》（GB50009－2001）《混凝土结构设计规范》（GB50010－2002）《建筑抗震设计规范》（GB50011－2001）《建筑地基基础设计规范》（GB50007－2002）2.3结构体系的选取2.3.1竖向承重体系选取常见的竖向承重体系包括框架结构体系、剪力墙结构体系、框架-剪力墙结构体系及筒体结构体系等。本设计的建筑高度为22.9米，共计6层，底层层高3.9m,以上各层高3.6m。框架结构由梁、柱构件通过节点连接构成，它既能承受竖向荷载，又承受水平荷载。框架结构体系的优点是：建筑平面布置灵活，能获得较大空间；建筑立面容易处理；结构自重较轻；计算理论比较成熟；在一定的高度范围内造价较低。比较各方案，本设计选用框架结构作为竖向承重体系。2.3.2水平承重体系选取常见的横向承重体系包括：现浇楼盖、叠合楼盖、预制板楼盖、组合楼盖等。65 现浇楼盖结构可分为肋梁楼盖、密肋楼盖、平板式楼盖和无粘结预应力现浇平板楼盖等。肋梁楼盖结构具有良好的技术经济指标，可以最大限度地节省混凝土和钢筋的用量，能充分发挥材料的作用，结构整体性好，抗震性能好，且结构平面布置灵活，易于满足楼面不规则布置、开洞等要求，容易适用各种复杂的结构平面及各种复杂的楼面荷载。本设计选用现浇楼盖结构中的肋梁楼盖为该大楼的水平向承重体系。2.3.3抗震设计《建筑抗震设计规范》规定，抗震设防烈度为6度及以上地区的建筑，必须进行抗震设防。太原地区抗震设防烈度为8度，必须进行抗震设防。建筑根据其使用功能的重要性分为甲类、乙类、丙类、丁四个抗震设防类别。甲类建筑应属于重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑；乙类建筑应属于地震时使用功能不能中断或需要尽快恢复的建筑；丙类建筑应属于除甲、乙、丁类以外的一般建筑，丁类建筑应属于抗震次要建筑。本工程的抗震设防类别为丙类。丙类建筑，地震作用和抗震措施均应符合本地区抗震设防的要求。丙类建筑的抗震等级查规范确定，本设计属于框架结构，8度设防，高度小于30m，所以为三级框架。防震逢的最小宽度应符合下列要求：（1）框架结构房屋的防震缝宽度，当高度不超过15m时可采用70mm；超过15m时，6度、7度、8度和9相应每增加高度5m、4m、3m和2m，宜增加宽度20mm。（2）防震缝两侧结构类型不同时，宜按需要较宽防震缝的结构类型和较低房屋高度确定。2.3.4建筑防火设计外墙面采用耐火极限不低于1小时的非燃烧体时，其墙内填充材料可采用难燃烧材料。疏散楼梯是安全疏散道路中一个主要组成部分，应设明显指示标志，并宜布置在易于寻找的位置。每层疏散楼梯总宽度应按其通过人数每100人不小于1.00m计算，各层人数不相等时，其总宽度可分段计算，下层疏散楼梯总宽度应按其上层人数最多的一层计算。办公楼疏散楼梯的最小净宽不应小于1.20m65 2.3.5基础形式选取根据现行《建筑地基基础设计规范》和地基损坏造成建筑物破坏后果（危及人的生命、造成经济损失和社会影响及修复的可能性）的严重性，将基础分为三个安全等级：一级、二级、三级。基础按刚度分可分为：刚性基础和柔性基础；按构造分类可分为：独立基础、条形基础、筏板基础、箱形基础和壳体基础。其中，独立基础是柱基础中最常用和最经济的型式。本工程采用独立基础。基础埋置深度的选择应考虑：1.建筑物结构条件和场地环境条件。在保证建筑物基础安全稳定，耐久使用的前提下，应尽量浅埋，以便节省投资，方便施工。某些建筑物需要具备一定的使用功能或宜采用某种基础形式，这些要求常成为其基础埋深的先决条件。结构物荷载大小和性质不同，对地基的要求也不同，因而会影响基础埋置深度的选择。为了保护基础不受人类和生物活动的影响，基础宜埋置在地表以下，其最小埋深为0.5m，且基础顶面宜低于室外设计地面0.1m，同时有要便于周围排水沟的布置。2.工程地质条件3.水文地质条件选择基础埋深时应注意地下水的埋藏条件和动态。1.地基冻融条件。《规范》规定所考虑的因素：2.建筑物的用途，有无地下室、设备基础和地下设施、基础的形式和构造。3.作用在地基上的荷载大小和性质。4.工程地质和水文地质条件。5.相邻建筑物的基础埋深。65 6.地基土冻胀和融陷的影响。综合以上因素：本设计初选基础顶面到室外地面的距离为500mm，室内外高差为450mm,则底层柱高=3900+450+500-120=4730mm。2.3.6结构布置计算简图一般情况下，框架结构是一个空间受力体系，为方便起见，常常忽略结构纵向和横向之间的空间联系，忽略各构件的扭转作用，将纵向框架和横向框架分别按平面框架进行分析计算。由于通常情况下横向框架的间距相同，作用于各横向框架上的荷载相同，框架的抗侧刚度相同，因此，各榀横向框架都将产生相同的内力与变形，结构设计时一般取中间有代表性的一榀横向框架进行分析即可。按楼面竖向荷载传递路线的不同，承重框架的布置方案有横向框架承重、纵向框架承重和纵横向框架混合承重等。本设计为纵横向框架混合承重，在两个方向均布置了框架承重梁以承受楼面荷载。2.4框架梁、柱尺寸确定2.4.1框架梁尺寸估算纵梁：,取,取边横梁：，65 取取次梁：取取中横梁：，取为了施工方便，取b=300mm表2.1估算梁的截面尺寸（㎜）及各层混凝土强度等级层数混凝土强度等级横梁（b×h）纵梁（b×h）次梁（b×h）AB,CD跨BC跨2~5C30300×600300×600300×450300×5001C35350×600350×600300×450350×5002.4.2确定柱高度柱截面尺寸可根据轴压比估算，查表可得该框架的抗震等级为三级，其轴压比限值为0.9。各层的重力荷载代表值近似取12kN/㎡,由图知边柱及中柱的负载面积为7.2×65 3.45和7.2×4.95得第一层柱截面面积为：由轴压比限值公式：边柱：中柱：取截面为正方形，则边柱和中柱截面高度分别为：425mm和500mm。根椐上述计算结果并综合考虑其它因素，本设计柱截面尺寸底层为600mm×600mm，标准层为550mm×550mm，底层柱高度为。其中3.9m为底层结构高度，0.45m为室内外高差，0.5为基础顶面至室外地面的高度，0.12m为板厚，其他层柱高为3.6m。2.4.3构件材料选取现浇钢筋混凝土梁，C30，,纵筋为HRB400级(=360)，箍筋为HRB235级（）现浇钢筋混凝土柱，C30，,纵筋为HRB400级(=360)，箍筋为HRB235级（）现浇钢筋混凝土板，C30，,钢筋为HRB235级(=210)现浇板,板厚取：120mm(一般为短跨的1/40~1/35）材料情况：混凝土：一层：C35（基础、梁、板、柱、楼梯）标准层：C30（基础、梁、板、柱、楼梯）纵向受力钢筋：HRB335级；箍筋：HPB235级65 3结构计算3.1屋面及楼面的永久荷载标准值屋面（上人）:30厚细石混凝土保护层＝0.66kN/m2二毡三油防水层0.35kN/m2煤渣混凝土找坡层1.34kN/m220厚水泥砂浆找平层＝0.4kN/m2150厚水泥蛭石保温层＝0.75kN/m2120厚钢筋混凝土板＝3kN/m2V型轻钢龙骨吊顶0.25kN/m2合计6.544kN/m21～5层楼面瓷砖地面（包括水泥粗砂打底）0.55kN/m2120厚钢筋混凝土板＝3kN/m2V型轻钢龙骨吊顶0.25kN/m2合计3.8kN/m265 3.2屋面及楼面可变荷载标准值上人屋面均布活荷载标准值2kN/m2楼面活荷载标准值2kN/m2屋面雪荷载标准值Sk＝ur×so＝＝0.3kN/m2式中ur为屋面积雪分布系数取ur＝1.03.3梁、柱、墙、窗、门重力荷载计算层次构件b/mh/mγ/(KN/m3)βg(KN/m)nGi/KN1层边横梁0.350.602515.256.316529.2中横梁0.350.502514.3752.4884次梁0.300.452513.3756.914326.03纵梁0.600.602515.256.628970.2柱0.600.6025194.73401702.82-6层边横梁0.300.602514.56.3516457.2中横梁0.300.502513.752.45873.5次梁0.300.452513.3756.914326.03纵梁0.300.602514.56.6528837.9柱0.550.552517.5633.6401089.1表3.1梁、柱重力荷载标准值注：(1)表中β为考虑梁、柱的粉刷层重力荷载而对起重力荷载的增大系数；g表示单位长度构件重力荷载；65 (2)梁长度取净长；柱长度取层高。因为H=23.35m<30m,H/B=23.35/16.8=1.39<1.5所以β取1.0。墙体240㎜厚粘土空心砖，外墙面贴瓷砖（0.5KN/㎡）,内墙面为20㎜厚抹灰,则外墙单位墙面重力荷载为:0.5+15×0.24+17×0.02=4.44KN/㎡内墙为240㎜粘土空心砖,两侧均为20㎜厚抹灰,则内墙单位面积重力荷载为:15×0.24＋17×0.02×2=4.28KN/㎡木门单位面积重力荷载为0.2KN/㎡铝合金窗单位面积重力荷载为0.4KN/㎡3.4重力荷载代表值重力荷载代表值是结构和构配件自重标准值和可变荷载组合值之和，是表示地震发生时根据遇合概率确定的“有效重力”集中于各质点的重力荷载代表值Gi，为计算单元范围内各层楼面上的重力荷载代表值及上下各半层的墙.柱等质量，无论是否为上人屋面，其屋面上的可变荷载均取雪载。顶层重力荷载代表值包括：屋面板自重，50%屋面雪荷载，纵横梁自重，女儿墙自重，半层墙自重和半层柱自重。65 图3.1各质点重力荷载代表值（单位；KN）3.5风荷载计算垂直于建筑物表面上的风荷载标准值，应按下述公式计算：WK=βzμsμzW0式中:WK—风荷载标准值（kN/m2）βz—高度Z处的风振系数μs—风荷载体型系数μz—风压高度变化系数W0—基本风压,太原地区50年一遇基本风压值为0.4kN/m2由荷载规范查得μs＝0.8（迎风面）和μs＝－0.5（背风面），本工程地面粗糙度为C类地区，估算基本自振周期T1=（0.08～0.10）n=0.48～0.6>65 0.25，所以应考虑风振系数，由经验公式计算的自振周期T1=0.25+0.53×10－3,这里H为从室外地面到女儿墙顶的距离22.73m，B为房屋宽度52.8m，得T1＝0.327s，由H/B＝22.73/52.8＝0.436<0.5（B为迎风面宽度），查荷载规范得，脉动影响系数ν＝0.40，0.62ω0T1²=0.62×0.35×0.327²＝0.02335kN·s2/m2，查规范7.4.3，脉动增大系数ξ＝1.14，仍取一榀横向框架，负载宽度为7.2m，沿房屋高度分布的风荷载标准值＝7.2×0.35,根据各楼层楼板处的标高Hi,查取μz代入上式，可得,则结构基本自振周期:T1=1.7×0.7×=0.52S≥0.25S，故满足要求。由《荷载规范》查得风振体型系数为:,将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载,如下表:表3.2风荷载计算层次622.731.0011.30.8840.42..896519.130.84211.30.8230.42.696415.530.68311.30.7710.42.526311.930.52511.30.740.42.42428.330.36611.30.740.42.42414.730.20111.30.740.42.42465 图3.2左风荷载（单位：KN）3.6地震作用65 图3.3地震作用下框架弯矩图（）4竖向荷载作用下框架结构的荷载计算4.1恒荷载的计算65 图4.1横向框架计算单元梁上分布荷载由矩形和梯形两部分组成，在求固端弯矩时可直接根据图示荷载计算，也可根据固端弯矩相等的原则，先将梯形分布荷载以及三角形分布荷载，化为等效均布荷载，等效均布荷载的计算公式如图所示。（梯形荷载），（三角形荷载）65 在以下的荷载图中，代表横梁自重，为均布荷载形式。分别为房间和走道板传给横梁的梯形荷载和三角形荷载。图4.2各层梁上作用的恒载在图中、代表横梁自重为均布荷载。对于第6层，，和分别为房间和走道板传给横梁的梯形荷载和三角形荷载分别为由边纵梁、中纵梁直接传给柱的恒载，它包括梁自重、楼板重和女儿墙重等，计算如下：+65 集中力矩：对于2-5层，包括梁自重和其上横墙自重，为均布荷载，其它荷载计算方法同第6层，结果为：+集中力矩：对于第1层：65 图4.3恒荷载作用下的简图4.2活荷载计算65 图4.4各层梁上作用的活载对于第6层：集中力矩：同理在屋面雪荷载雪载作用下：对于2—5层：集中力矩：65 第1层：集中力矩：图4.5活荷载作用下的简图65 表4.1横向框架恒载汇总表层次64．53．7523．558196.32215．416232．24926．92729．0312-516．48413．6812.5611．4180．97239．3722．6229．92117．23413．6812.5611．4196．85231．0928．8922.57表4.2横向框架活载汇总表层次67.2（1.26）6.0（1.05）33．12（5．8）51．12（8．95）4．14（0.725）6．39（0.119）2-57.26.033．1251．124．146．3917.26.033．1251．124．146．39注：表括号内数值对应于屋面雪荷载作用情况。5内力计算（PKPM辅助计算）PKPM系列CAD软件是一套集建筑设计、结构设计、等大型综合CAD系统。系统软件采用独特的人机交互输入方式，使用时不必填写繁琐的数据文件。软件有详细的中文菜单指导用户操作，并提供了丰富的图形输入功能，有效地帮助输入。本设计中利用PKPM系列软件对本框架结构进行辅助结构设计，一方面核对手算部分的内容，另一方面锻炼计算机辅助设计的能力和方法，并通过手算和机算间的对比加强对结构设计的理解和分析。5.1建模及相关信息输入65 通过PMCAD对各标准层建模，包括建筑模型与荷载输入，结构楼面布置信息，楼面荷载传导计算，形成PK文件，画结构平面图等几个内容。（一）建筑模型与荷载输入按照本设计中的结构布置，共建立六个标准层。各标准层的完成建模的步骤包括：轴线输入－生成网格－楼层定义－荷载定义－楼层组装。其中，按照主梁的布置进行轴线输入，包括次梁的布置轴线。楼层定义中按照主梁的轴线布置主梁。各层选定的相关参数与前面结构设计内容相符有：板厚为120mm，板混凝土强度为C30，其钢筋保护层厚度为15mm；梁柱混凝土强度为C30，其钢筋类别为HRB400，保护层厚度为30mm，混凝土容重25KN/m2；结构重要性系数1.0，框架梁端负弯矩调幅系数1；输入地震信息包括：设计地震分组第一组，地震烈度为8度（0.1g），一类场地类别，计算5个振型，周期折减系数为1；风荷载信息包括：修正后的基本风压为0.4KN/m2，沿高度体型分段数为1，体型系数为1.3。（二）主、次梁及楼板的输入本步骤内容包括在各层楼梯间相应位置布置洞口。（三）输入荷载信息楼面荷载输入中，一般层房间恒载为6.544KN/m2，活载房间为2.0KN/m2,走道为2.5KN/m2，，顶层恒载6.544KN/m2，活载为2.5KN/m2，雪荷载0.35KN/m2。导荷方式中一般房间为双向板的导荷方式。布置后考虑活荷载折减系数，双向板楼盖楼面活荷载折减0.8。（四）形成PK文件并对该PK建模选择轴线6-6对应的框架KJ-6形成PK文件。输入空间建模形成的轴线6-6对应的平面框架模型。增加一些参数的输入|：荷载分项系数：恒载1.2，活载1.4，风载1.4，地震1.3；荷载组合系数：活载0.7，风载0.6，地震作用组合时活荷载组合系数0.5。65 （五）结构平面布置图参数的定义及楼板的计算。PK包括PK数据交互输入和计算与框架绘图两方面检查框架计算简图并输出恒载图、活载图及风荷载图。图5.1框架立面图5.2恒荷载作用下内力输出PKPM得到的恒载内力图如下图所示65 图5.2恒载图65 图5.3恒载弯矩图（单位：）65 图5.4恒载轴力图(单位：KN)65 图5.5恒载剪力图(单位：KN)5.3活荷载作用计算简图PKPM对活荷载进行内力计算时考虑了活荷载的多种布置方式，因此得出的结果是活载内力包络图，属于荷载效应组合的内容，本节不予列出，其内力包络图见内力组合65 图5.6活载图5.4风荷载作用下弯矩输出PKPM得到的风载弯矩图如图2.2065 图5.7风荷载弯矩图（单位：）5.5水平地震作用弯矩输出PKPM得到的地震弯矩图如图所示本设计中设置PKPM计算地震作用时采用振型分解法，并取五个振型。计算的质点质量及各振型下地震力结果如下：计算振型数=1地震烈度=7.00场地土分类=2.00附加重量的质点数=065 地震设计分组=1周期折减系数=0.57地震力计算方式=0阻尼系数=0.0各质点地震力调整系数:1.000图5.8左地震弯矩图（单位：）65 图5.9右地震弯矩图（单位：）从图5.8与图5.9可以看出左地震与右地震弯矩图呈反对称。5.6手算荷载、内力与机算荷载、内力比较分析①恒荷载及其内力分析比较比较手算恒载图图4.3及PKPM输出的恒载图图5.2可以看出，框架梁上的荷载的两者相差梁的自重。因为PKPM65 所计算出的荷载只是作用于框架梁上的荷载，即墙体重量及从板传来的荷载，而梁的自重则不以荷载形式在计算简图上表示出来。在进行PKPM辅助设计时，设定自动计算梁柱自重，虽恒载计算简图相差梁自重但最终手算和PKPM计算得到的内力结果比较接近，基本上不存在误差。②活荷载及内力分析比较手算活载图图4.3与PKPM输出的活载图图5.6结果比较一致。手算计算活荷载内力时为简化计算，忽略活载的最不利布置而采用满跨布置进行计算，故能手算得出这种情况下活载作用下的弯矩、轴力、剪力及其内力图，而PKPM计算活载内力图时考虑了活荷载的不同布置形式，因此得出的结果是活载内力包络图。另外，PKPM进行竖向荷载作用下内力计算时对梁的轴力也进行了计算，而手算时则忽略了在竖向荷载下梁的轴力计算。从PKPM计算结果看，竖向荷载下梁轴力很小，基本可以忽略不计。③水平荷载及其内力分析比较通过比较可以发现手算水平地震力及其内力均较PKPM计算得到的地震力和内力大，差异明显。分析原因在于其计算方法差异较大。可以认为，PKPM计算所得的结果更精确。另外，手算水平风荷载及其内力与PKPM计算水平风荷载及其内力相差也较大，其中手算荷载及内力值较机算值偏大。主要还是由于计算方法的差异所致。6内力组合及截面设计一般来说，对于构件某个截面的某种内力，并不一定是所有荷载同时作用时其内力最为不利，而是在一些荷载作用下才能得到最不利内力，而且这些荷载同时都达到它们在设计基准期内的最大值的概率较小，因此必须对构件的控制截面进行最不利内力组合。手算时出于简化计算，不考虑活荷载的不利分布，将活荷载满跨布置，且内力组合一般只考虑以下四种主要的内力组合，即1.2SGk＋1.4SQk+1.4×0.6Swk，1.2SGk＋1.4Swk65 +1.4×0.7SQk，1.35SGk＋1.4×0.7SQk，1.2（SGk＋0.5SQk）＋1.3SEk和1.2SGk+1.4SWk。本设计中内力组合和截面配筋的具体设计内容，通过设计任务的调整，利用PKPM设计软件辅助完成。PKPM软件进行计算以及内力组合时考虑了活荷载的不利布置，对各种布置下的活载内力计算形成内力包络图如下图所示。图6.1剪力包络图65 图6.2轴力包络图65 图6.3弯矩包络图6.1梁内力组合及截面设计框架在各种荷载作用下的内力确定后，必须找出各构件的控制截面、最不利活荷载布置及最不利内力组合，作为梁、柱配筋依据。框架横梁的控制截面是支座截面和跨中截面，柱的控制截面在柱的上下端。对于框架梁，一般只组合支座截面-和以及跨中截面的。柱的最不利内力有下列三种形式：①及相应的N、V。②及相应的、V。65 ③及相应的、V。PKPM计算给出了每根梁的56种组合情况下弯矩、轴力、剪力数值大小，并从该56种组合中选取不同截面的控制组合对梁进行配筋。6.2柱内力组合及截面设计框架柱的控制截面为柱上、下端截面。其中，框架柱控制截面最不利内力组合一般有以下几种：①︱M︱max及相应的N和V；②Nmax及相应的M和V；③Nmin及相应的M和V；④︱V︱max及相应的N。这四组内力组合的前三组来计算柱在正截面受压承载力，以确定纵向受力钢筋数量，第四组用以计算斜截面受剪力以确定箍筋数量。PKPM计算给出了每根柱的56种组合情况下弯矩、轴力、剪力数值大小，并从该56种组合中得到4种控制组合用于柱配筋及验算。另外，PKPM给出了底层4根柱的柱底标准组合用于基础结构设计，其中每根柱考虑26种组合。6.3内力组合及截面设计结果分析PKPM给出了梁、柱56种组合情况。从该56中组合中选取4种控制组合对柱的配筋及轴压比验算。在梁的配筋设计中则对梁选择13个截面，分别选择这些截面的上部和下部控制组合下的内力对不同截面进行配筋。7框架梁7.1设计资料Pkpm计算结果如下所示：梁6控制组合结果表7.1荷载组合值（B=0.300,H=0.600,L=6.90=30）组合号梁左端梁右端弯矩轴力剪力弯矩轴力剪力65 1962．716．4672.58-86.91-3.0166.7027166．306．8999.6037.42-4.7832.592977．49-0.0369.87-66.810.0366.2336-26.66-6.4233.20-172.694.3098.6153158．88-4.4797.3619.974.4745.66表7.2梁6配筋计算梁下部截面1234567M-36.55-43.09-53.54-63.42-67.86-81.78-86.16As(1)473196244301417505533As(2)473000000梁上部截面1234567M166.30104.1253.7314.02000As(1)78448124563000As(2)784000000Vl=99.60(NO27)Vr=198.61(NO29)Asv/s=0.53Asmin=387Umaxb=0.003Umaxt=0.005V1.5h=65.2Asv1.5h/s=0.007.2梁截面计算混凝土强度等级：C30,钢筋采用HRB400,钢筋混凝土梁的配筋调配系数：0.08,端截面配筋计算时采取截面形式为矩形截面，截面尺寸b×h=300mm×600mm,第一层AB跨梁：梁的正截面受弯承载力计算：从内力组合表中分别选出AB跨跨间截面及支座截面的最不利内力，并将支座中心处的弯矩换算为支座边缘控制截面的弯矩进行配筋计算。65 支座弯矩：由梁端换算到柱边可得A支座：B支座：跨间最大弯矩去控制截面：即支座A边缘处正弯矩：当梁下部受拉时，按形截面设计；当梁上部受拉时，按矩形截面设计。翼缘的计算宽度：①按计算跨度考虑②梁净距考虑③按翼缘高度考虑，所以这种情况不起控制作用。则取梁内纵向钢筋选级钢，（），考虑抗震下部跨间截面按单筋形梁计算，因为：=1.0×14.3×1×2300×120×（540-0.5×120）=1894.46KN65 属第一类T型截面实际配筋412()0.28%==0.2，满足要求将下部跨间截面412的钢筋伸入支座，作为支座负弯矩作用下的受压钢筋（），再计算相应的受拉钢筋，即支座A上部：说明富裕，且达不到屈服，可近似取实取12（）支座B上部实取418()0.63%=0.25，满足要求615/1256=0.5＞0.3满足要求7.3梁斜截面受剪承载力计算65 考虑地震组合的框架梁，当跨高比大于的梁和连梁及剪跨比大于的柱和抗震墙，其截面组合的剪力设计值应符合下列要求：式中，为混凝土强度影响系数，当混凝土强度不超过时，取，混凝土强度等级为时，取，其间按线形内插法取用。同时考虑强剪弱弯的设计，剪力乘以相应的增大系数：=0.2×1.0×14.3×1×300×540=463.32KN故截面满足要求。本设计中取梁端加密区的箍筋取双肢8@100，加密长度为1.5h=1200，箍筋用HPB235级钢筋，考虑地震作用组合的T形截面的框架梁，抗震设计时梁斜截面受剪承载力按下式计算：式中，为配置在同一截面内箍筋的全部截面面积，为箍筋间距。+1.25×210××101×540/100=240.46KN＞93.13KN满足构造要求8框架柱8.1设计资料Pkpm计算结果如下所示：65 柱1控制组合结果表8.1荷载组合值（B=0.600,H=0.600,=3.9=3.9=35）组合号柱上端柱下端弯矩轴力剪力弯矩轴力剪力1334.151929.9519.5536.23-1893.2-19.5549165.141377.2588.66154.86-1351.83-88.755161.431209.1285.81147.64-1176.44-85.8156156.0980.3482.89142.57-953.12-82.898.2柱正截面承载力计算采用考虑二阶效应的弹性分析方法，轴向压力设计植N=1929.95KN，钢筋混凝土柱的配筋调整系数：0.80。轴心抗压强度设计植=16.7，钢筋抗拉强度设计植=300，抗压强度设计植=360，弹性模量。相对界限受压高度。纵筋的混凝土保护层厚度c=30mm.,.8..2.1第一层边柱选取及相应的N进行计算=165.14考虑强柱弱梁的设计，三级框架梁的弯矩乘以相应的增大系数取20mm和偏心方向截面尺寸的1/30两者中较大者，600/30=20mm.故取=20mm65 柱的计算长度确定：a.一般多层房屋中梁柱为刚接的框架结构的各层柱段，现浇楼盖底层为1.0H，其余各层为1.25Hb.水平荷载产生的弯矩设计值占总弯矩设计值75%以上时，框架柱的计算长度按如下公式计算，并取其中较小值。式中，为柱上下端节点交汇的各柱线刚度之和与交汇的各梁的线刚度之和的比值：为两者较小值，H为柱的高度。底层梁可看作刚度无穷大，=0则柱的计算长度为6m。因为，故应考虑偏心距增大系数由为大偏心受压对称配筋：65 8.2.2．按及相应的M一组计算N=1929.95KNM=-34.15此组内力是非地震组合情况，且无水平荷载效应，故不必进行调整。取故为小偏心受压。按上式计算时，应满足N及，因为N=1929.95KN=0.518×14.3×600×540=2400KN故应按构造配筋，考虑抗震作用组合时三级框架柱的截面纵向钢筋的最小总配筋率为0.8%，同时柱的截面每一侧配筋率不应小于0.2%。（当采用HRB400级钢筋时，应按以上的数值减少0.1）故0.2%×600×600=72065 选筋4根直径为20mm的钢筋，As=1256总配筋率：满足要求。8．3柱斜截面承载力计算选用最不利组合：N=1377.25KNM=-165.14V=88.66KN同时考虑强剪弱弯的设计，三级框架柱的剪力乘以相应的增大系数得V=75.36×1.2=82.90KN考虑地震作用组合且剪跨比>2d框架柱，其受剪截面应符合下列条件：满足要求取N=<取N=1377.25KN.其中N为考虑地震作用组合的柱轴向压力设计值，当N时取，小于1时取1，大于3时取3。65 公式中，为内力调整后柱端组合的剪力设计值，故该层柱应按构造配筋。柱箍筋加密范围：应取柱截面长边尺寸、柱净高的1/6和500mm三者的最大值。底层柱，柱跟不小于柱净高的1/3，当有刚性地面时，除柱端箍筋加密区外，尚应在刚性地面上下个500mm的高度范围内。二级框架柱，箍筋最大间距采用8d，100mm中取较小的。箍筋最小直径为8mm。则柱端加密区的箍筋选用4肢10＠1009基础设计9.1基础结构设计扩展基础系指柱下钢筋混凝土独立基础和墙下钢筋混凝土条形基础，本设计采用柱下钢筋混凝土独立基础。按受力性能，柱下独立基础有轴心受压和偏心受压两种。当受力性能为偏心受压时，一般采用矩形基础。9.1.1.基础梁截面尺寸的选取=7800/20～7800/15=390～520取=7800/35～7800/25=223～312取9.1.2.荷载选用本设计为高度的6层综合办公大楼。《建筑抗震设计规范》规定：不超过层且高度在以下的一般民用框架房屋可不进行天然地基及基础的抗震承载力验算。65 对内力进行标准值的组合,选出最不利的基础顶面内力,选出竖向荷载与风荷载组合所得的最大轴力及其对应的剪力和弯矩,作为最不利的荷载：墙自（含两侧粉刷）：基础梁自重：(0.35×0.6×7.2+0.35×0.6×3.45)×25=55.91KN则基础梁传来的荷载237.75KN,则基础梁传至基础顶的荷载设计植为1.2×237.75=285.3KN9.1.3.基础截面计算按《建筑地基基础设计规范》要求,在满足地基稳定和变形要求的前提下,基础宜浅埋,当上层地基的承载力大于下层土时,宜利用上层土作持力层.除岩石地基外,基础埋深不宜小于0.5m,基础高度,先计算边柱,则基础埋深混凝土采用钢筋采用根据地质情况,选粘土层为持力层,地基承载力特征值当基础宽度大于3m或埋置深度大于0.5m时，从载荷试验或其它原位测试、经验值等方法确定的地基承载力特征值，尚应按下式修正：  fa--修正后的地基承载力特征值；  fak--地基承载力特征值；  ηb、ηd--基础宽度和埋深的地基承载力修正系数，根据粘土的物理性质,查地基承载力修正系数表得,及均小于的粘性土，分别取和；  γ--基础底面以下土的重度，地下水位以下取浮重度,取。；  b--基础底面宽度(m)，当基宽小于3m按3m取值，大于6m按6m取值；  γ--基础底面以上土的加权平均重度，地下水位以下取浮重度,取65 ；  d--基础埋置深度(m),一般自室外地面标高算起。在填方整平地区，可自填土地面标高算起，但填土在上部结构施工后完成时，应从天然地面标高算起。对于地下室，如采用箱形基础或筏基时，基础埋置深度自室外地面标高算起；当采用独立基础或条形基础时，应从室内地面标高算起。先按计算,地基承载力修正，基底底面积：基底底板的面积可以先按照轴心受压时面积的倍先估算。取则考虑到偏心荷载作用下应力分布不均匀，将适当增加，则取因为，故不必再对进行修正。其中-基础底面到室内地面与到室外地面的距离的平均值。9.2地基承载力验算根据规范，地基承载力验算公式①②按第一组荷载计算65 因为故满足承载力的要求按第二组荷载计算因为故满足承载力的要求按第三组荷载计算65 因为故满足承载力的要求9.3冲切验算对于矩形截面柱的矩形基础，应验算柱与基础交接处的受冲切承载力。受冲切承载力按下列公式计算：①②③式中：受冲切承载力的截面高度影响系数。当时,取1.0。当时,取0.9。在该例中,,用插入法,取0.9875。-冲切破坏锥体最不利一侧的计算长度，。-冲切破坏锥体最不利一侧斜截面上边长，计算柱与基础交接处的受冲切承载力时取柱宽，。-冲切破坏锥体最不利一侧斜截面下边长，取柱宽加俩倍基础有效高度，-冲切验算取用的部分基底面积。则65 ==2.94==故冲切验算满足要求。9.4.基础底板配筋计算基础底板在地基反力的作用下,在两个方向都产生向上的弯曲,因此需在底板两个方向都配置受力钢筋.控制截面取在柱与基础的交接处,计算时把基础视作固定在柱周边的四面挑出的悬臂板,配筋取基本组合进行计算。荷载荷载计算配筋由第一组荷载在基础长方向和短方向引起的弯矩最大,-截面1-1至基底边缘最大反力处的距离,则65 ==沿基础长边方向,对柱边截面处的弯矩为+=607.14=实配钢筋沿基础短边方向,对柱边截面处的弯矩为选取，。65 10楼梯设计10.1设计资料楼梯活荷载标准值=2.5KN/,踏步面采用30mm厚水磨石面层（自重为0.65KN/），底面为20mm厚混合砂浆（自重为17KN/）抹灰，采用混凝土，纵梁采用HRB335级钢筋，其余钢筋均采用HPB235级钢筋。10.2.梯段板设计估算斜板厚取h=140mm。板倾斜角为tan150/164=0.547,cos=0.877,取1米宽板带进行计算。图10.1楼梯结构平面图10.2.1.荷载计算恒荷载标准值65 水磨石面层（0.3+0.164）×0.65×=1.005KN/m三角形踏步1/2×0.3×0.164×25×=2.05KN/m混凝土斜板0.12×25×=3.42KN/m板底抹灰0.02×17×=0.39KN/m恒荷载标准值=6.87KN/m活载标准值q=2.5KN/m恒载分项系数为1.2，活载分项系数为1.4，则有：恒荷载设计值g=1.2×6.87=8.24KN/m活荷载设计值q=1.4×2.5=3.5KN/m合计p=g+q=11.74KN/m10.2.2截面设计水平投影计算跨度为=3.0+0.25=3.25m弯矩设计值M==12.4KN.m斜板有效高度=140-20=120mm选配＠110，，楼梯板的配筋见图110.3平台板设计取平台板厚140mm,取1.2m宽板带计算10.3.1.荷载计算恒荷载标准值65 水磨石面层0.65KN/m平台板自重0.12×25=3.5KN/m板底抹灰0.02×17=0.34KN/m恒荷载标准值=4.49KN/m恒荷载设计值g=1.2×4.49=5.388KN/m活荷载设计值q=1.4×2.5=3.5KN/m合计p=g+q=8.93KN/m10.3.2.截面设计计算跨度=1.5+0.3=1.9m弯矩设计值M==3.62KN.m平台板有效高度=140-20=120mm选配＠160，，10.4.平台梁设计选定平台梁截面尺寸为300mm×500mm10.4.1.荷载计算梯段板传来11.18×3.0/2=16.77KN/m平台板传来（1.5/2+0.3）×7.69=8.07KN/m平台梁自重1.2×0.25×（0.5-0.14）×25=3.24KN/m梁侧抹灰1.2×0.02×（0.5-0.14）×17×2=0.29KN/m65 合计p=g+q=28.37KN/m10.4.2.截面设计计算跨度：=1.05×（3.6-0.20）=3.57m跨中最大弯矩设计值M==45.96KN.m支座剪力设计值V=48.23KN按倒L形截面计算故取翼缘计算宽度，平台梁有效高度所以属于第一类T型截面则选筋41461511楼盖板（双向板）的设计11.1设计资料65 采用C35混凝土，HPB235级钢筋，按弹性理论进行设计，其中板厚140mm，对区格A进行设计11.2荷载设计值（1）恒荷载设计值3.89恒荷载标准值g=3.89×1.2=4.668（2）活荷载设计值2.5活荷载标准值q=2.5×1.4=3.5g+q=4.668+3.5=8.618=6.41811.3计算跨度（1）内跨为轴线间距离（2）边跨，为净跨，b为梁宽11.4弯矩计算跨中最大正弯矩发生在活荷载为棋盘式布置时，它可以简化为当内支座固支时作用下的跨中弯矩值与当内支座铰支时作用下的跨中弯矩值两者之和。支座最大负弯矩可近似按活荷载满布求得，即内支座固支时作用下的支座弯矩。楼盖边梁对板的作用视为固定支座。计算弯矩时考虑泊松比的影响，对钢筋混凝土板可取或0.2，取=0.2=4.22865 =2.574==11.5截面设计截面有效高度：选用8钢筋作为受力主筋，则（短跨）方向跨中截面的；（长跨）方向跨中截面的，支座截面处均为116mm。截面弯矩设计值对于周边与梁整体连接的双向板，除角区格外，可考虑周边支承梁对板的有利影响，即周边支承梁对板形成的拱作用，将截面的计算弯矩乘以下列折减系数予以考虑：（a）对于连续板的中间区格，其跨中截面及中间支座截面折减系数为0.8（b）对边区格跨中截面及第一内支座截面，当<1.5时，折减系数为0.8；当1.5≤＜2时，折减系数为0.9（c）楼板的角区格不应折减该板四周与梁整浇，故弯矩设计值应按如下折减：A区格的跨中截面与A-A支座截面折减系数0.9计算配筋量时，取内力臂系数=0.95，65 。（）则5@1001965@140140参考文献[1]《建筑结构抗震设计》，东南大学编著、清华大学主审。北京：中国建筑工业出版社，1998[2]《混凝土结构》上、下册，第二版，天津大学、同济大学、东南大学主编。北京：中国建筑工业出版社，199865 [3]《房屋建筑学》，西安建筑科技大学、东南大学、重庆建筑大学编，北京：中国建筑工业出版社，1997[4]《建筑工程制图》，第三版，同济大学建筑制图教研室，陈文斌、章金良主编，上海：同济大学出版社，1996[5]《结构力学》上、下册，第四版，湖南大学结构力学教研室编，北京：高等教育出版社，1998[6]中华人民共和国建设部，《建筑设计防火规范》，GBJ-16-87，[7]郭继武，建筑抗震设计.北京：高等教育出版社，2000[8]《建筑结构荷载规范》，北京：中国建筑工业出版社，2002[9]《混凝土结构设计规范》，北京：中国建筑工业出版社，2002[10]赵明华，《土力学与基础工程》，武汉工业大学出版社，2000年7月[12]虞换新.钢纤维混凝土材料在刚性防水屋面中的应用.建材研究与应用.安徽建筑.2003年3月[13]《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）[14]《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）[15]《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）[16]《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068-2001）致谢65 65'